第八章 聚合物的屈服和断裂

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1、《高分子物理》《PolymerPhysics》苏州大学材料与化学化工学部CollegeofChemistry，ChemicalEngineering&MaterialsScience,SuzhouUniversityJian-JunWang9/7/20211YieldingandFractureofPolymer6学时第八章:聚合物的屈服与断裂9/7/20212本章的教学内容、要求和目的聚合物的应力—应变曲线;屈服;断裂与强度教学内容：从聚合物应力——应变曲线获取信息，掌握屈服和断裂现象及其机理、韧性和强度的影响因素及增韧、增强方法和机理。重点要求：学习目的：能从分子结构

2、、凝聚态结构和屈服、断裂特征上对材料的韧性和强度进行初步判断，学会聚合物的增韧、增强方法，以满足其使用要求。9/7/20213第二十一讲聚合物的应力—应变曲线和屈服主要内容：聚合物的应力—应变曲线聚合物的屈服聚合物的屈服现象、机理和屈服判据学会从分子运动角度分析聚合物的应力—应变曲线，掌握聚合物屈服现象、机理和判据。本讲重点及要求：9/7/20214——研究聚合物的极限性质，即在较大外力的持续作用或强大外力的短时作后，聚合物发生大形变直至宏观破坏或断裂。实质:9/7/202158.1.1应力-应变曲线8.1.1.1Typicalstress-straincurvefora

3、morphouspolymerattemperaturebelowTgEngineeringstresstoengineeringstrain8.1．高聚物的塑性与屈服9/7/20216A弹性极限应变A弹性极限应力B断裂伸长率B断裂强度Y屈服应力Ypoint:Yieldingpoint屈服点Apoint:Pointofelasticlimit弹性极限点Bpoint:Breakingpoint断裂点9/7/20217断裂能FractureenergyStress-strain曲线下面积称作断裂能：材料从开始拉伸至破坏所吸收的能量。9/7/20218Young’sM

4、odulus杨氏模量9/7/20219形变过程从分子运动机理解释上述过程弹性形变-屈服-应变软化-冷拉-应变硬化-断裂9/7/202110从曲线中可以获得的被拉伸聚合物的信息屈服强度（Y点强度）杨氏模量（OA段斜率）断裂强度（B点强度）断裂伸长率（B点伸长率）断裂韧性（曲线下面积）9/7/202111应力-应变曲线外界影响因素(1)temperaturea:T<

5、rainrateStrainrate速度速度时温等效原理：拉伸速度快=时间短=温度低9/7/202113Example:PMMA9/7/202114△P↑,E↑，并且，阻止了“细颈”发生，可能是△P↑，减少了链段是活动能力，⑶流体静压力△P所以△P↑与T↓具有一定相似性。9/7/202115a:脆性材料c:韧性材料d:橡胶b:半脆性材料酚醛或环氧树脂PP,PE,PCPS,PMMANR,PI(4)CompositionofPolymers物质结构组成9/7/2021168.1.1.2晶态聚合物的应力—应变曲线应变软化更明显冷拉时晶片的倾斜、滑移、转动，形成微晶或微纤束晶态聚

6、合物一般为部分结晶体，因此，其冷拉包括晶区与非晶区两部分形变。9/7/202117一般，结晶高聚物的细颈现象明显，细颈发展过程过比较完整，可以发展到整个试样。而非晶高聚物的细颈发展不完全。其拉伸过程分为三个阶段：OA区，均匀拉伸区（弹性区域，可恢复形变）;Y点后出现细颈，并且细颈发展，直至全部变细;CD区，变细的试样进一步拉伸，直至断裂，取向硬化区。9/7/202118(1)TheSizeofSpherulites球晶大小9/7/202119(2)TheDegreeofCrystallization结晶度9/7/2021208.1.1.3Differenttypesofs

7、tress-straincurve9/7/2021218.1.2细颈(neck)屈服主要特征高聚物屈服(yielding)点前形变是完全可以回复的，屈服点后高聚物将在恒应力下“塑性(plasticity)流动”，即链段沿外力方向开始取向。高聚物在屈服点的应变相当大，剪切屈服应变为10%-20%（金属≈0.01%）。屈服点以后，大多数高聚物呈现应变软化，有些还非常迅速。屈服应力对应变速率、温度和流体静压力都敏感。屈服发生时，拉伸样条表面产生“银纹”或“剪切带”,继而整个样条局部出现“细颈”。9/7/202122Strainsof